(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105572633 A (43)申请公布日 2016.05.11
(21)申请号 201510954068.8(22)申请日 2015.12.17
(71)申请人北京科技大学
地址100083 北京市海淀区学院路30号(72)发明人皇甫伟 邢逸康 何杰
(74)专利代理机构北京市广友专利事务所有限
责任公司 11237
代理人张仲波(51)Int.Cl.
G01S 5/02(2010.01)
权利要求书2页 说明书10页 附图3页
(54)发明名称
一种射频信号测距方法及系统(57)摘要
本发明提供一种射频信号测距方法及系统，能够在不依赖射频接收信号强度测量硬件的前提下，估算发射节点与接收节点之间的距离。所述方法包括：获取不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，所述节点之间距离为发射节点与接收节点之间的距离；通过发射节点发射测距分组列，所述测距分组列包括：多个不同级别射频发射功率的分组，分组内容中包含该分组的射频发送功率信息；通过接收节点接收发射节点发射的分组，并根据接收节点的接收结果构建测距码字；根据构建的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，估算发射节点与接收节点之间的距离。本发明适用于定位技术领域。 C N 1 0 5 5 7 2 6 3 3 ACN 105572633 A
权 利 要 求 书
1/2页
1.一种射频信号测距方法，其特征在于，包括：
获取不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，所述节点之间距离为发射节点与接收节点之间的距离；
通过发射节点发射测距分组列，所述测距分组列包括：多个不同级别射频发射功率的分组，分组内容中包含该分组的射频发送功率信息；
通过接收节点接收发射节点发射的分组，并根据接收节点的接收结果构建测距码字；根据构建的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，估算发射节点与接收节点之间的距离。
2.根据权利要求1所述的射频信号测距方法，其特征在于，所述通过接收节点接收发射节点发射的分组，并根据接收节点的接收结果构建测距码字包括：
通过接收节点接收发射节点发射的分组；
根据接收节点接收到的分组和未接收到的分组构建接收节点对应的测距码字；若所述测距码字为异常测距码字，则对所述测距码字进行修正。3.根据权利要求2所述的射频信号测距方法，其特征在于，所述测距码字用二进制表示；
若一次测距分组列包括N个分组，在构建测距码字时，将各分组的功率按照自大而小重新排序后再构建测距码字，排序后的各分组的功率自大而小记为P1,P2,…Pi,…PN，并将构建的测距码字表示为C1C2…Ci…CN，其中，对任意1≤i≤N，Ci满足Ci∈{0,1}；
当Ci＝0时，表示序号为i、功率为Pi的分组未被接收节点接收；当Ci＝1时，表示序号为i、功率为Pi的分组被接收节点接收。4.根据权利要求3所述的射频信号测距方法，其特征在于，所述若所述测距码字为异常测距码字，则对所述测距码字进行修正包括：
若测距码字的码型特征为在1的左侧出现了0，则判定所述测距码字为异常测距码字；若异常测距码字的某一位为1，则在1的左侧全部填充1对所述异常测距码字进行修正。5.根据权利要求1所述的射频信号测距方法，其特征在于，所述获取不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表包括：
在距离发射节点的不同距离位置上，通过接收节点接收发射节点发射的分组，并根据接收节点的接收结果确定不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表；
所述根据构建的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，估算发射节点与接收节点之间的距离包括：
根据构建的接收节点对应的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，得到接收节点对应的测距码字下的距离分布；
根据得到的距离分布，估算发射节点与接收节点之间的距离。6.一种射频信号测距系统，其特征在于，包括：获取单元，用于获取不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，所述节点之间距离为发射节点与接收节点之间的距离；
发射节点，用于发射测距分组列，所述测距分组列包括：多个不同级别射频发射功率的分组，分组内容中包含该分组的射频发送功率信息；
接收节点，用于接收发射节点发射的分组；
2
CN 105572633 A
权 利 要 求 书
2/2页
测距码字构建单元，用于根据接收节点的接收结果构建测距码字；距离估算单元，用于根据构建的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，估算发射节点与接收节点之间的距离。
7.根据权利要求6所述的射频信号测距系统，其特征在于，所述测距码字构建单元包括：
测距码字构建模块，用于根据接收节点接收到的分组和未接收到的分组构建接收节点对应的测距码字；
异常测距码字修正模块，用于若所述测距码字为异常测距码字，则对所述测距码字进行修正。
8.根据权利要求7所述的射频信号测距系统，其特征在于，所述测距码字用二进制表示；
若一次测距分组列包括N个分组，在构建测距码字时，将各分组的功率按照自大而小重新排序后再构建测距码字，排序后的各分组的功率自大而小记为P1,P2,…Pi,…PN，并将构建的测距码字表示为C1C2…Ci…CN，其中，对任意1≤i≤N，Ci满足Ci∈{0,1}；
当Ci＝0时，表示序号为i、功率为Pi的分组未被接收节点接收；当Ci＝1时，表示序号为i、功率为Pi的分组被接收节点接收。9.根据权利要求8所述的射频信号测距系统，其特征在于，所述测距码字修正模块包括：
异常测距码字判定子模块，用于若测距码字的码型特征为在1的左侧出现了0，则判定所述测距码字为异常测距码字；
异常测距码字修正子模块，用于若异常测距码字的某一位为1，则在1的左侧全部填充1对所述异常测距码字进行修正。
10.根据权利要求6所述的射频信号测距系统，其特征在于，所述获取单元：具体用于在距离发射节点的不同距离位置上，通过接收节点接收发射节点发射的分组，并根据接收节点的接收结果确定不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表；
所述距离估算单元包括：距离分布确定模块，用于根据构建的接收节点对应的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，得到接收节点对应的测距码字下的距离分布；
距离估算模块，用于根据得到的距离分布，估算发射节点与接收节点之间的距离。
3
CN 105572633 A
说 明 书
一种射频信号测距方法及系统
1/10页
技术领域
[0001]本发明涉及定位技术领域，特别是指一种射频信号测距方法及系统。
背景技术
[0002]与室外定位不同，由于室内GPS信号缺失，室内定位技术面临巨大挑战。为了解决这一难题，多种室内定位技术被相继提出。由于室内环境多种多样，例如，机场大厅、展厅、超市、图书馆、地下停车场、矿井等，因此不同的室内定位技术也应运而生，且功能各异，各具优缺点。
[0003]射频定位是室内定位的一种手段，现有技术中，射频定位主要基于射频连通性或射频信号强度。前者属于“非测距”的定位方法，通常假设在一定的距离范围内节点可以连通，而超出该范围则断开连接，实现相对简单，但假设条件过于理想，定位精度低。后者属于“测距”的定位方法，利用射频信号强度的某些指标，如接收信号强度(Received Signal Strength Indicator，RSSI)值，其精度通常优于前者，但需要硬件芯片支持RSSI等指标的测量。
发明内容
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种射频信号测距方法及系统，以解决现有技术所存在的现有的射频定位精度低、需要硬件芯片支持RSSI测量的问题。[0005]为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种射频信号测距方法，包括：[0006]获取不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，所述节点之间距离为发射节点与接收节点之间的距离；
[0007]通过发射节点发射测距分组列，所述测距分组列包括：多个不同级别射频发射功率的分组，分组内容中包含该分组的射频发送功率信息；[0008]通过接收节点接收发射节点发射的分组，并根据接收节点的接收结果构建测距码字；
[0009]根据构建的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，估算发射节点与接收节点之间的距离。[0010]进一步地，所述通过接收节点接收发射节点发射的分组，并根据接收节点的接收结果构建测距码字包括：
[0011]通过接收节点接收发射节点发射的分组；
[0012]根据接收节点接收到的分组和未接收到的分组构建接收节点对应的测距码字；[0013]若所述测距码字为异常测距码字，则对所述测距码字进行修正。[0014]进一步地，所述测距码字用二进制表示；[0015]若一次测距分组列包括N个分组，在构建测距码字时，将各分组的功率按照自大而小重新排序后再构建测距码字，排序后的各分组的功率自大而小记为P1,P2,...Pi,...PN，并将构建的测距码字表示为C1C2...Ci...CN，其中，对任意1≤i≤N，Ci满足Ci∈{0,1}；
4
CN 105572633 A[0016][0017][0018]
说 明 书
2/10页
当Ci＝0时，表示序号为i、功率为Pi的分组未被接收节点接收；当Ci＝1时，表示序号为i、功率为Pi的分组被接收节点接收。进一步地，所述若所述测距码字为异常测距码字，则对所述测距码字进行修正包若测距码字的码型特征为在1的左侧出现了0，则判定所述测距码字为异常测距码若异常测距码字的某一位为1，则在1的左侧全部填充1对所述异常测距码字进行
括：
[0019]
字；
[0020]
修正。
进一步地，所述获取不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表包括：
[0022]在距离发射节点的不同距离位置上，通过接收节点接收发射节点发射的分组，并根据接收节点的接收结果确定不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表；
[0023]所述根据构建的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，估算发射节点与接收节点之间的距离包括：
[0024]根据构建的接收节点对应的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，得到接收节点对应的测距码字下的距离分布；[0025]根据得到的距离分布，估算发射节点与接收节点之间的距离。[0026]本发明实施例还提供一种射频信号测距系统，包括：[0027]获取单元，用于获取不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，所述节点之间距离为发射节点与接收节点之间的距离；[0028]发射节点，用于发射测距分组列，所述测距分组列包括：多个不同级别射频发射功率的分组，分组内容中包含该分组的射频发送功率信息；[0029]接收节点，用于接收发射节点发射的分组；[0030]测距码字构建单元，用于根据接收节点的接收结果构建测距码字；[0031]距离估算单元，用于根据构建的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，估算发射节点与接收节点之间的距离。[0032]进一步地，所述测距码字构建单元包括：[0033]测距码字构建模块，用于根据接收节点接收到的分组和未接收到的分组构建接收节点对应的测距码字；
[0034]异常测距码字修正模块，用于若所述测距码字为异常测距码字，则对所述测距码字进行修正。
[0035]进一步地，所述测距码字用二进制表示；[0036]若一次测距分组列包括N个分组，在构建测距码字时，将各分组的功率按照自大而小重新排序后再构建测距码字，排序后的各分组的功率自大而小记为P1,P2,...Pi,...PN，并将构建的测距码字表示为C1C2...Ci...CN，其中，对任意1≤i≤N，Ci满足Ci∈{0,1}；[0037]当Ci＝0时，表示序号为i、功率为Pi的分组未被接收节点接收；[0038]当Ci＝1时，表示序号为i、功率为Pi的分组被接收节点接收。[0039]进一步地，所述测距码字修正模块包括：[0040]异常测距码字判定子模块，用于若测距码字的码型特征为在1的左侧出现了0，则判定所述测距码字为异常测距码字；
5
[0021]
CN 105572633 A[0041]
说 明 书
3/10页
异常测距码字修正子模块，用于若异常测距码字的某一位为1，则在1的左侧全部
填充1对所述异常测距码字进行修正。[0042]进一步地，所述获取单元：具体用于在距离发射节点的不同距离位置上，通过接收节点接收发射节点发射的分组，并根据接收节点的接收结果确定不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表；
[0043]所述距离估算单元包括：[0044]距离分布确定模块，用于根据构建的接收节点对应的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，得到接收节点对应的测距码字下的距离分布；[0045]距离估算模块，用于根据得到的距离分布，估算发射节点与接收节点之间的距离。[0046]本发明的上述技术方案的有益效果如下：[0047]上述方案中，在一次测距过程中，通过发射节点连续发出多个不同级别射频发射功率的分组，分组内容中包含该分组的射频发送功率信息，再由接收节点接收发射节点发射的分组，由于具有不同功率的分组具有不同距离的传播范围，因此，能够在无需测量射频接收信号强度值的情况下，根据接收节点的接收结果构建测距码字，并根据测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表估算发射节点与各接收节点之间的距离。这样，在不依赖射频接收信号强度测量硬件的前提下，为室内定位提供了一种新型的测距手段。
附图说明
[0048]图1为本发明实施例提供的射频信号测距方法的方法流程图；
[0049]图2为本发明实施例提供的发射节点与3个接收节点的结构示意图；[0050]图3为本发明实施例提供的发射节点与1个接收节点的结构示意图；
[0051]图4为本发明实施例提供的不同距离不同发射功率等级的丢包率示意图；[0052]图5为本发明实施例提供的不同测距码字对应的距离概率分布示意图；[0053]图6为本发明实施例提供的测距结果的偏差分布示意图。
具体实施方式
[0054]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0055]本发明针对现有的射频定位精度低、需要硬件芯片支持射频接收信号强度测量的问题，提供一种射频信号测距方法及系统。[0056]为了更好的理解本发明，先对通信距离与发射功率之间的关系进行简单说明：[0057]射频信号在室内传播易受到多种因素影响，室内定位系统结构极为复杂。通常认为，随着通信距离的增加，信号衰减的程度更大；在同样的通信距离条件下，发射功率越大，到达接收端的接收功率也越大。因而，越大的发射功率，通常意味着越远的通信距离。但是，由于复杂的多径效应等因素的存在，信号强度随着通信距离的变化并非是简单的单调递减的。
[0058]实施例一
[0059]参看图1所示，本发明实施例提供的一种射频信号测距方法，包括：
6
CN 105572633 A[0060]
说 明 书
4/10页
S1：获取不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，所述节点之间距离
为发射节点与接收节点之间的距离；[0061]S2：通过发射节点发射测距分组列，所述测距分组列包括：多个不同级别射频发射功率的分组，分组内容中包含该分组的射频发送功率信息；[0062]S3：通过接收节点接收发射节点发射的分组，并根据接收节点的接收结果构建测距码字；[0063]S4：根据构建的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，估算发射节点与接收节点之间的距离。
[0064]本发明实施例所述的射频信号测距方法，在一次测距过程中，通过发射节点连续发出多个不同级别射频发射功率的分组，分组内容中包含该分组的射频发送功率信息，再由接收节点接收发射节点发射的分组，由于具有不同功率的分组具有不同距离的传播范围，因此，能够在无需测量射频接收信号强度值的情况下，根据接收节点的接收结果构建测
并根据测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表估算距码字，
发射节点与各接收节点之间的距离。这样，在不依赖射频接收信号强度测量硬件的前提下，为室内定位提供了一种新型的测距手段。[0065]参看图1所示，S1-S4中发射节点和接收节点均为特指的某个节点；发射节点之间是相互等价的(即硬件是相同的)；接收节点之间是相互等价的(硬件是相同的)。定位中通常存在多个发射节点同时发射各自的测距分组列；接收节点根据上述方法判定与各发射节点的距离(这些发射节点为锚节点，它们的位置是已知的)，从而判断自身的位置。[0066]按照图2所示，建立实验环境并完成了实验内容。[0067]实验用节点型号为OpenMoteSTM，采用射频芯片AT86RF231，主控MCU芯片为STM32F103RET6，上方为陶瓷天线。AT86RF231工作于2.4GHz频段，支持IEEE 802.15.4协议。射频接收节点采用TI公司的CC2531芯片为核心的嗅探节点(Sniffer)，该节点配合TI公司的软件Packet Sniffer可以实现数据分组的捕获。
[0068]实验场地位于北京科技大学网络楼的二层走廊，走廊长为30m。在上述实验场地内，存在着遮挡、人体干扰等环境因素。[0069]如图2所示，假设节点A是发射节点；节点B、C和D均处于接收状态，为接收节点。在一次测距过程中，发射节点A连续发射出一系列的分组，这些分组构成一个测距分组列，这些分组具有不同的发射功率，如图2所示，发射节点A发射出3个分组，功率分别是P1,P2和P3，假设P1>P2>P3，功率成台阶状分布，通常情况下，功率P1,P2和P3对应的分组具有不同的有效传输距离，其理想接收范围分别如图2中的虚线所示。对于接收节点B而言，距离发射节点A较近，即使最低发射功率的分组也可以接收到，因此可以收到所有的分组。对于接收节点C而言，距离发射节点A稍远假设最低发射功率P3的分组无法接收到，但可以收到功率为P1和P2的分组。类似的，接收节点D更远一些，仅能收到最大功率P1对应的分组。因此，通过变功率(不同功率)的测距分组列(Packet Train)，实现了对B，C，D三个接收节点与发射节点A之间距离的相对精细的识别，较传统的单一功率的连通性判断更为准确，同时不依赖于节点硬件芯片的射频接收信号强度计算能力，适用范围更广。[0070]本发明实施例中，假设，发射节点A每发射一次测距分组列，所述测距分组列中分组的数量为N，在构建测距码字时，将各分组的功率按照自大而小重新排序后再构建测距码
7
CN 105572633 A
说 明 书
5/10页
字，因为码字本身的不同位置具有不同的含义，排序后的各分组的功率依次递减，将各分组的功率自大而小记为P1,P2,...Pi,...PN，分组内容包括：序列号、功率等级信息，如表1所示。
[0071]表1分组字段说明
[0072]
说明长度(字节数)类型序列号4无符号整数功率等级1无符号整数
[0073]每发射一个分组，分组的序列号SEQ_ID自增1，按照序列号i模N的方式改变功率等级POWER，i每增加N表明完成了一次测距分组列的发射。[0074]本发明实施例中，如图3所示，发射节点T保持不动，发射测距分组列，将接收节点R放置在距离发射节点L的位置上，记录接收节点R接收到的分组，并将接收到的分组存储在数据库中，用于随后的统计分析。[0075]对于接收节点R，假设能够成功接收到测距分组列中的某些分组，根据接收节点R的接收结果，将接收结果用一个测距码字表示，并将测距码字表示为C1C2...Ci...CN，对任意1≤i≤N，Ci满足Ci∈{0,1}。若Ci＝0，表示序号为i、功率为Pi的分组未被接收节点R接收；若Ci＝1，表示序号为i、功率为Pi分组被接收节点R接收。[0076]在一次测距过程中，一个接收节点可以获得一个测距码字，所述测距码字可以看作是二进制，对应于0到2N-1间的一个整数，所有接收节点的测距码字的集合记为：[0077]C＝{C1C2...CN:Ci∈{0,1},1≤i≤N}
[0078][0079]
字段名SEQ_IDPOWER
若某测距码字c∈C，记c对应的整数为
如图2所示，相当于N＝3，接收节点B的测距码字可以表示为“111”，接收节点C的测
距码字可以表示为“110”,接收节点的测距码字可以表示D为“100”。[0080]本发明实施例中，根据接收节点R接收到的分组和未接收到的分组构建接收节点R对应的测距码字后，还需要判断所述测距码字是否为异常测距码字，若测距码字的码型特征为在1的左侧出现了0，则判定所述测距码字为异常测距码字，这是因为：在1的左侧出现了0的测距码字，表征接收节点R可以收到低功率的分组而不能收到高功率的分组，这是一种相对异常的情况，则需要对所述测距码字进行修正，具体的，若异常测距码字的某一位为1，则在1的左侧全部填充1对所述异常测距码字进行修正，例如，测距码字101为异常测距码字，需将101修正为111。[0081]本发明实施例中，由于室内无线信道的复杂性，不采用理论模型的方式建立测距码字和节点之间距离(发射节点与接收节点之间的距离)的关联，而采用基于实测数据的模型拟合方法。
[0082]本发明实施例中，假设接收节点R在距离发射节点L的位置上，收到的总测距分组列的数量为M。理论上，若完全没有丢包的情况，接收节点R应该收到的总分组数量为M·N,但是，由于丢包的存在，实际收到的分组可能要低于M·N。假设在收到的M个测距分组列中，测距码字为c的数量为V(c)，则记距离发射节点L处的接收节点R对应测距码字c出现的频率为P(c|L)，P(c|L)表示为式(1)：
8
CN 105572633 A[0083][0084]
说 明 书
6/10页
式(1)中，在M充分大时，可认为频率P(c,L)接近概率，即视P(c|L)为
在距离发射节点L处的接收节点R出现测距码字c的概率，概率P(c|L)可由实验测定。
[0085]本发明实施例中，若在某次实验中出现了测距码字c，而实际的距离L未知时，可根据贝叶斯公式，得到已知测距码字条件下的距离分布，接着，可以通过最大似然概率和条件期望的方法确定发射节点与接收节点之间的距离，若L仅取若干个离散的值，所述贝叶斯公式表示为式(2)：
[0086]
若距离L为连续的值时，式(2)中分母需改为积分。
[0088]式(2)需要给出距离L的先验分布，距离L的先验概率通常是未知的，在完全没有信息的情况下通常按照均匀分布处理。此外，由于无线信道的不稳定性，距离L的分布范围相对较大，用单一的估值表示不能完全反映出L的可能分布范围，可以采用置信区间的方式，即给出距离L估算的区间表示。[0089]接着，通过具体的实验，建立测距码字和节点之间距离(发射节点与接收节点之间的距离)的关联。在具体实验中，例如，可以在距离发射节点1、3、6、9、12、15和18米处进行接收，向每个接收节点发射分组24576(即十六进制0x6000)个，其中，N＝3，相当于测距分组列8192(即十六进制0x2000)列，各发射功率等级，自高而低排列依次为3dB，-7dB，-17dB。在上述7个接收节点合计可以测得8192*7次测距码字。[0090]首先，分析不同距离条件下的，数据分组的丢包率(Packet Loss Ratio，PLR)情况，丢包率定义为未接收到的分组和理论上应该接收到的总分组数量的比值，实测的丢包率如图4所示。图4表明，在相同的距离下，功率较高的分组丢包率较低；在相同的功率条件下，更近的距离下丢包率较低，也就是说，数据分组的丢失和发射功率以及距离具有关系，大致呈现出距离越远、功率越低则丢包率越高的情况，因此会在不同的区域产生不同的测
丢包率并非随着距离的增加单调、平滑地上升，存在着明显的起距码字。同时，图4也表明，
伏，这是由于室内信道的复杂性造成的。[0091]本发明实施例中，通过实验得出不同测距码字出现概率与节点之间距离的关系，如表2所示：
[0092]表2不同测距码字出现概率与节点之间距离的关系
[0087]
9
CN 105572633 A
说 明 书
7/10页
[0093]
表2中，以测距码字000为例，即所有功率的分组均未被收到，集中出现在距离较远
的位置。距离较近的位置，测距码字111出现的概率很大。距离中等的位置，出现110，100的概率较大。但是，测距码字101、011、010、001出现的概率很小，这是由于测距码字101、011、010、001表征接收节点可以收到低功率的分组而不能收到高功率的分组，这是一种相对异常的情况，码型特征为在1的左侧出现了0，这种情况应该予以修正，即：101→111，011→111，001→111，010→110。
[0095]修正后的不同测距码字出现概率与节点之间距离的关系如表3所示，以测距码字000为例，即所有功率的分组均未收到，集中出现在距离较远的位置。距离较近的位置，测距码字111出现的概率很大。距离中等的位置，出现110，100的概率较大。[0096]表3修正后的不同测距码字出现概率与节点之间距离的关系
[0094]
[0097]
根据表3和式(2)，假设距离L的先验概率为均匀分布，如图5所示为不同测距码字
对应的距离概率分布，图5中，pDF表示概率，对于code＝000，距离有很大的概率分布在12米
测距码字110的峰值则出现在6米之外，而测距码字code＝111，距离出现在10米以内较多。
左右。
[0099]根据式(2)，若L的先验概率服从均匀分布，则由式(2)可以得到式(3)：
[0100][0101]
[0098]
若采用最大似然概率和条件期望方法，则估算测距码字c对应的距离为：
10
CN 105572633 A
说 明 书
8/10页
[0102][0103][0104]
距离的估算值本身是一个随机变量，其方差和标准差为：
[0105][0106][0107][0108]
估算的修正后的测距码字对应的节点之间距离和偏差范围，如表4所示：表4估算的修正后的测距码字对应的期望距离和偏差范围
测距码字期望距离(米)标准差(米)00015.33.1
13.74.0100
1109.04.8
4.03.2111
[0109]在实际的测距中，以表4中的数据(期望距离及标准差)作为测距码字获得距离范围的依据。表4中还表明，本发明实施例所述的测距方法在无需射频接收信号强度的条件下，距离测量的标准差范围在3～4米，这已经大大优于基于连通性的方法，并且与射频接收信号强度算法的效果相类似。[0110]接着，为了验证算法实现的可行性，进一步通过实验，对测距效果进行实验分析：
[0111]
利用估算的修正后的测距码字对应的距离与真实的距离L进行对比。实验场景
同上一个实验场景，在距离发射节点1、3、6、9、12、15和18米处进行了接收，向每个接收节点发射分组12288(即十六进制0x3000)个，其中，N＝3，相当于测距列4096(即十六进制0x1000)列，各发射功率等级，自高而低排列依次为3dB，-7dB，-17dB。在上述7个接收节点合计可以测得4096*7约为28000次测距码字，对比其测距效果。
[0112]
本发明实施例中，定义测距误差同时定义落入测距范围
内的概率P为：
[0113][0114][0115]
实测结果如表5所示。
表5实测结果
[0116]
11
CN 105572633 A[0117]
说 明 书
9/10页
从表5中的数据来看，本发明实施例所述的测距方法在测距精度存在约为3.6米的
标准差偏差，真实的距离值落入测距范围内的概率约为70％，由于未依赖任何射频接收信号强度功能，该结论表明算法效果是较好的。测距误差分布如图6所示，其结论与表5类似，表明通过变功率发射测距分组列的方法，经由测距码字获得的距离误差主要分布在2～4米的区间，测距结果大大优于基于连通性的方法，并且与射频接收信号强度算法的效果相类似。
[0118]实施例二
[0119]本发明还提供一种射频信号测距系统的具体实施方式，由于本发明提供的射频信号测距系统与前述射频信号测距方法的具体实施方式相对应，该射频信号测距系统可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述射频信号测距方法具体实施方式中的解释说明，也适用于本发明提供的射频信号测距系统的具体实施方式，在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。
[0120]本发明实施例还提供一种射频信号测距系统，包括：[0121]获取单元，用于获取不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，所述节点之间距离为发射节点与接收节点之间的距离；[0122]发射节点，用于发射测距分组列，所述测距分组列包括：多个不同级别射频发射功率的分组，分组内容中包含该分组的射频发送功率信息；[0123]接收节点，用于接收发射节点发射的分组；[0124]测距码字构建单元，用于根据接收节点的接收结果构建测距码字；[0125]距离估算单元，用于根据构建的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，估算发射节点与接收节点之间的距离。[0126]本发明实施例所述的射频信号测距系统，在一次测距过程中，通过发射节点连续发出多个不同级别射频发射功率的分组，分组内容中包含该分组的射频发送功率信息，再由接收节点接收发射节点发射的分组，由于具有不同功率的分组具有不同距离的传播范围，因此，能够在无需测量射频接收信号强度值的情况下，根据接收节点的接收结果构建测距码字，并根据测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表估算发射节点与各接收节点之间的距离。这样，在不依赖射频接收信号强度测量硬件的前提下，为室内定位提供了一种新型的测距手段。
[0127]在前述射频信号测距系统的具体实施方式中，进一步地，所述测距码字构建单元包括：
[0128]测距码字构建模块，用于根据接收节点接收到的分组和未接收到的分组构建接收节点对应的测距码字；
[0129]异常测距码字修正模块，用于若所述测距码字为异常测距码字，则对所述测距码字进行修正。
[0130]在前述射频信号测距系统的具体实施方式中，进一步地，所述测距码字用二进制表示；
[0131]若一次测距分组列包括N个分组，在构建测距码字时，将各分组的功率按照自大而小重新排序后再构建测距码字，排序后的各分组的功率自大而小记为P1,P2,...Pi,...PN，并将构建的测距码字表示为C1C2...Ci...CN，其中，对任意1≤i≤N，Ci满足Ci∈{0,1}；
12
CN 105572633 A[0132][0133][0134]
说 明 书
10/10页
当Ci＝0时，表示序号为i、功率为Pi的分组未被接收节点接收；当Ci＝1时，表示序号为i、功率为Pi的分组被接收节点接收。在前述射频信号测距系统的具体实施方式中，进一步地，所述测距码字修正模块
包括：
[0135]
异常测距码字判定子模块，用于若测距码字的码型特征为在1的左侧出现了0，则
判定所述测距码字为异常测距码字；[0136]异常测距码字修正子模块，用于若异常测距码字的某一位为1，则在1的左侧全部填充1对所述异常测距码字进行修正。
[0137]在前述射频信号测距系统的具体实施方式中，进一步地，所述获取单元：具体用于在距离发射节点的不同距离位置上，通过接收节点接收发射节点发射的分组，并根据接收节点的接收结果确定不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表；[0138]所述距离估算单元包括：[0139]距离分布确定模块，用于根据构建的接收节点对应的测距码字及获取的不同测距码字的出现概率与节点之间距离的关系表，得到接收节点对应的测距码字下的距离分布；[0140]距离估算模块，用于根据得到的距离分布，估算发射节点与接收节点之间的距离。[0141]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
13
CN 105572633 A
说 明 书 附 图
1/3页
图1
图2
14
CN 105572633 A
说 明 书 附 图
2/3页
图3
图4
15
CN 105572633 A
说 明 书 附 图
3/3页
图5
图6
16
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容